[发明专利]一种储能飞轮及其设计方法

说明书

本申请公开了一种储能飞轮及其设计方法，属于储能飞轮技术领域。其中，所述储能飞轮包括：轮毂及过盈装配于所述轮毂上的N层复合材料环；N层所述复合材料环的宽度相同，且在所述储能飞轮转动的情况下，各层所述复合材料环所受到的离心力相等。本申请实施例可以克服传统多层等厚度层环设计中因向心力造成的径向应力逐环增加导致径向应力不满足许用强度要求的不足，可以充分利用各种材料的机械性能，从而获得更大的储能密度，使得大容量、超大容量复合材料储能飞轮设计成为可能。

技术领域

本申请属于储能飞轮技术领域，具体涉及一种储能飞轮及其设计方法。

背景技术

当前，在众多储能技术中，飞轮储能系统以其效率高、容量大、响应快、灵活方便、安全可靠、绿色环保等突出优点，受到业界高度重视和青睐。

储能飞轮的储能密度取决于飞轮制造材料，在所有飞轮制造可选材料中，虽然复合材料的储能密度较大，但随着飞轮储能系统容量的不断提高，复合材料飞轮的机械性能已经逼近极限，而且现行复合材料储能飞轮设计理论与技术方法在飞轮结构设计和参数选择时过于简单粗糙，

现有技术中，在利用复合材料进行储能飞轮设计时，受飞轮径向强度限制多采取多层复合结构，但每层碳纤维厚度选择上通常简单地选用等厚度，上述储能飞轮的设计方法严重制约了复合材料飞轮的大容量设计，也影响了碳纤维/环氧树脂复合材料技术性能潜力的开发和挖掘，造成选材用材不当、层间过盈配合难选和生产成本过高等问题。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种储能飞轮及其设计方法，能够解决现有技术中储能飞轮的设计方式容易制约储能飞轮的储能容量，无法制作大容量复合材料储能飞轮的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种储能飞轮，其中，包括：轮毂及过盈装配于所述轮毂上的N层复合材料环；

N层所述复合材料环的宽度相同，且在所述储能飞轮转动的情况下，各层所述复合材料环所受到的离心力相等。

第二方面，本申请实施例提供了一种储能飞轮的设计方法，其中，所述方法包括：

预设飞轮额定转速ω、轮毂外径线速度V₁、飞轮外径线速度V_o及飞轮能量E；

根据所述飞轮额定转速ω、所述轮毂外径线速度V₁、飞轮外径线速度V_o、飞轮能量E及复合材料密度ρ，确定轮毂外径R₁、飞轮外径Ro及飞轮宽度h；

预设大于R₁的任意R₂；

根据轮毂外径R₁、飞轮外径Ro及飞轮宽度h，确定过盈装配于所述轮毂上的各层复合材料环的内径及外径，以使各层所述复合材料环的离心力相等；

若根据预设环间过盈量计算，确定各层所述复合材料环的径向应力均满足径向许用应力强度，且环向应力满足环向许用应力强度，且临界转速满足许用临界转速，则将所述轮毂外径R₁、飞轮外径Ro、飞轮宽度h及计算出的各层复合材料环的内径及外径确定为储能飞轮的目标结构参数。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的程序或指令，所述程序或指令被所述处理器执行时实现如第二方面所述的方法的步骤。

第四方面，本申请实施例提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储程序或指令，所述程序或指令被处理器执行时实现如第二方面所述的方法的步骤。

第五方面，本申请实施例提供了一种芯片，所述芯片包括处理器和通信接口，所述通信接口和所述处理器耦合，所述处理器用于运行程序或指令，实现如第二方面所述的方法。